14.5.2. Основи розрахунку

Напруженість поля прямої хвилі у випадку високо піднятих антен розраховують за інтерференційною формулою або за формулою Введенського.

Для низько розташованих антен – за формулою Шулейкіна – Ван-дер-Поля.

Земний ґрунт для мікрохвиль є діелектриком. Тому тип ґрунту не впливає на поширення радіохвиль. На їх поширення суттєво впливають особливості рельєфу, а також штучні протяжні споруди. Вони призводять до відбивання та розсіювання радіохвиль. Ці властивості мікрохвиль застосовують для радіолокації різноманітних фізичних об’єктів.

14.5.3. Властивостідіапазонів

Переваги:

– велика частотна ємність діапазону;

– можливість створення малогабаритних гостроспрямованих антен;

– стійкість радіозв’язку;

– незалежність від впливу атмосферних завад;

– існування вторинного перевипромінювання.

Недоліки:

– хвилі поширюються лише вздовж лінії прямої видимості;

– залежність умов поширення радіохвиль та якості радіозв'язку від рельєфу місцевості та її покриття;

– наявність смуг частот, непридатних для практичного використання через загасання радіохвиль у гідрометеорах та атмосферних газах.

14.5.4. Область застосування

Хвилі цих діапазонів застосовують для:

– радіозв’язку з повітряними та космічними об’єктами й між ними;

– для радіорелейного зв’язку;

– тропосферного зв’язку;

– телебачення;

– мобільного зв’язку;

– супутникового зв’язку;

– радіолокації;

– місцевих ліній радіозв’язку, квантової радіо-електроніки, локальних обчислювальних мереж, тощо.

14.6. Математичні моделі поширення радіохвиль

Під час проектування систем мобільного зв’язку застосовують відповідні моделі для різних типів мереж: мегастільники, макро-, мікро- тощо).

Математичні моделі формують на основі фізичних закономірностей та на підставі статистично опрацьованих експериментальних даних. Як приклад у таблиці 14.1 наведено деякі математичні моделі, застосовані для проектування радіоліній та мереж стільникового зв’язку.

Таблиця14.1. Математичні моделі поширення радіохвиль

1. Вільний простір

Втрати вільного простору: де Ga и Gb– коефіцієнти підсилення антен r – відстань між антенами Втрати вільного простору в децибелах: де f – частота в мегагерцах R – відстань в кілометрах Таким чином, основні втрати у вільному просторі збільшуються на 6 децибел для кожного подвоєння частоти та відстані (20 децибел за декаду відстані або частоти).

1. Альсбрука-Парсона

Втрати в місті, дБ: , де – втрати передавання у вільному просторі, дБ; –втрати поширення над плоскою землею (за необхідності, з врахуванням атмосферної рефракції), дБ; LD – дифракційні втрати, що обумовлені характером рельєфу під міською забудовою (сферичність землі, наявність впадин тощо), дБ; –втрати, що спричинені міськими будівлями, дБ; h0 – середня висота будівель біля МС; we – ефективна ширина вулиці, на якій розміщена МС; –поправний коефіцієнт (залежить від частоти).

1. COST Уолвіша-Ікегамі

Медіанне значення втрат L0, дБ: , де – втрати у вільному просторі, дБ; –втрати, що обумовлені відбиттям від будівель, дБ; –ширина вулиці 10...15 м; –середня висота близьких до (БС) будівель; –втрати, що обумовлені орієнтацією вулиць відносно напрямку надходження сигналу, дБ: де характеризує орієнтацію вулиці відносно напряму надходження сигналу; , де

1. Окумура – Хата

Втрати в місті, дБ: Втрати в передмісті, дБ: Втрати на відкритій місцевості, дБ: , де f – частота, МГц; , – висоти антен БС і МС, м; k – правний коефіцієнт, який враховує довжину траси; R – відстань від БС до МС, км; –поправний коефіцієнт, який залежить від висоти антени МС і для великого міста його визначають таким чином: .

1. COST 231 Хата

Втрати в місті, дБ: де становить 0 дБ для невеликих міст і сільської місцевості з середньою густиною дерев і 3 дБ для великих міст (мегаполісів). Втрати в передмісті, дБ: Втрати в сільській місцевості, дБ: . Втрати на відкритій місцевості, дБ: .

1. Модель Лі

Потужність сигналу на вході приймача в дБ відносно 1мВт, дБм:, де А і В – параметри, які залежать від навколишнього середовища і визначені в результаті статистичної обробки даних вимірювань в умовах міста; для великих міст А=55…80, В=30...43, для невеликих міст А=54, В=39; –множник має такі значення: n=2 в передмістях, який для смуги f<450 МГц, n=3 в передмістях для смуги f>450 МГц; –параметр, який визначають таким чином: , де – потужність передавача, Вт; –коефіцієнти підсилення антен передавача і приймача відповідно; m– ступінь :m=1 для <3м, іт=2 >3м.

Загалом сьогодні можна назвати більше математичних моделей стосовно поширення радіохвиль. Проте всі вони недосконалі у сенсі універсальності. Підвищення якості обслуговування користувачів, впровадження новітніх технологій зв’язку, охоплення нових та більших територій – це ефективні стимули для вдосконалення існуючих та впровадження нових моделей поширення радіохвиль, що може стати одним із напрямів вашої професійної діяльності.

Таким чином основним підсумком кредитного модуля «Технічна електродинаміка та поширення радіохвиль – 1» є опанування теоретичних засад передавання інформації електромагнітним полем через навколишній простір. Проектування радіолінії полягає у визначення потужності передавача у необхідній смузі частот відповідно до чутливості (за потужністю або напруженістю електричного поля) приймача (із деяким запасом). Під час процесу передавання електромагнітної енергії з’являються відповідні втрати. Проявом професіоналізму проектувальника є раціональний вибір моделі процесу поширення радіохвиль з урахуванням втрат відповідно до характеру траси, смуги частот тощо.

У розділах 11, 12, 13 наведено дані щодо втрат у процесі поширення надземних, тропосферних, іоносферних радіохвиль.